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微电子电路分析与设计范文1
关键词：教学改革；双语教学；模拟电子技术基础
模拟电子线路是电子技术类专业基础课，学生和老师普遍认为该科目困难和问题较多，有“魔电”之称。采用英文教材进行双语教学，在面对以往困难的同时，还出现了一些新的问题。到目前为止，已经有多篇关于该课程双语教学研究的文章发表[1-4]，而且，有的老师已经将双语教学的方法拓展到了实验课堂[5]。根据我们的教学实践，本文针对一些特殊问题展开讨论，这些特殊的问题包括：教材选择、教学内容、教学方法、语言障碍等。
一、教材选取问题
由于模拟电路课程内容比较丰富，而且不同的教材各有侧重点，到目前为止，还没有我们完全满意的双语教材。我们的做法是确定一本教材，然后适当综合其它教材内容。鉴于目前双语教材的多样性，我们对目前比较有影响的一些教材[6-11]进行了分析，选定了Neamen教授编著的《Microelectronics Circuit Analysis and Design》（微电子电路分析与设计）作为我们的教学用书，主要原因在于该套教材具有下列特点：（1）对半导体材料特性有较详细的阐述；（2）将场效应管放在晶体三极管之前讲解，突出了场效应管在当代半导体技术和集成电路技术中的重要性；（3）将单极型和双极型两种放大电路各分为两章，分别从静态工作点的设置和小信号交流放大两个角度进行了详细的剖析；（4）课后题型分为四种类型，也可以粗略地认为是4个层次，该特点适合我们开展学习；（5）一般在每一章末尾都有一个设计示例，可以提高学生的综合应用能力并激发学生学习的热情和兴趣。另外，考虑到学生英语水平的良莠不齐，采取了学生自愿订购英文原版和翻译版的方法。在实际的教学过程中，发现学生之间互相参阅，较多的学生采用英文版和翻译版对照阅读学习的做法。
二、教学内容
Neamen教授编著的《Microelectronic Circuit Analysis and Design》，内容比较丰富。考虑到模拟电路课程本身的特性、课时的限制以及学生接受能力等诸多因素，我们选取了其中的十二章作为本课程的教学内容。这十二章内容包括：第一章至第九章、第十一章、第十二章、第十五章。原因在于这十二章内容可以形成一个比较完整的知识体系结构，并且适合初学者学习和掌握。另外，在讲授次序上，考虑到学生的认知规律，我们可以将第十一章放到第九章前面来讲解。
三、教学方法
模拟电路课程中有很多电路图，多媒体教学方式虽然可以节约很多画图时间，但是在讲解一些重点内容时，容易一带而过，缺乏详细的分析和必要的解释。特别是在双语教学的情况下，由于采用的课件是英文内容，学生接受起来相对较难。因此我们采用的教学方法是多媒体加黑板授课的方式。对于像小信号放大电路的交流分析，包括等效电路的画法以及放大电路的参数分析，适合采用板书的方式。对于其它非重点的或者一般性了解的知识，我们采用多媒体的教学方式。将两种教学方式结合应用，可以有效地取长补短，增进学生对于细节的掌握和整体知识的理解。另外，教学进度也是一个需要注意的问题。课程刚开始的时候由于学习方法没有较好地把握，而且对于英文课件不适应，所以适当放慢进度，增加一些必要的解释甚至翻译，以便消除学生的恐惧心理，并为后续内容奠定扎实的基础。
四、语言障碍
采用双语教学，可以原汁原味地体会国外的教学内容、教学方法以及其中的科学思想和解决问题的方法。但是，对于初次接触模拟电路内容并且英语水平较低的学生，这种教学方法在一定程度上扼杀了他们的积极性，使得原本就比较困难的问题雪上加霜。为了缓解这个问题，我们采取的措施主要有：（1）在开始这门课之前，就把模拟电路专业词汇发给所有的学生，让学生在假期熟悉这些词汇，虽然不能完全理解这些词汇的意思，但至少可以知道这些词对应的汉语说法；（2）组织同学将专业词汇做成MP3格式的音频文件，让大家在课余时间多听；（3）对于个别复杂难记的词汇或者句子，不惜花费课堂时间进行比较仔细的讲解和翻译。
五、调查问卷
我们对2009级电子科学与技术专业和电子信息工程专业进行了调查问卷，调查问卷的结果表明：（1）85%的同学认为应该在大学一年级开始开设双语课程；（2）70%的同学认为双语教学的老师应该是国内英语基础较好的老师，原因在于他们有良好的中文基础，可以更清楚地解释专业问题；（3）90%的同学逐渐适应双语教学这种模式，4.5%的同学至始至终不适应双语教学，5.5%的同学一开始就能适应双语教学模式。
六、总结
双语教学是一个新生事物，它是一个不断探索和发展的过程，需要广大教师和学生提高认识。从2001年双语教学提出以来，许多学校的模拟电路老师已经开展了一些卓有成效的探索。我们相信，模拟电子线路双语教学必将走向更大的成功。
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微电子电路分析与设计范文2
【关键词】课程改革 电子设计 实践教学
【中图分类号】G423.07【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）06-0362-01
随着微电子技术的飞速发展，为适应高校电子类专业的教学目标，许多课程的内容进行了增加。电子类课程具有一定的专业基础性和技术发展性，是高校电子信息及电气类专业的重要基础课程。其教学内容、教学质量和教学效果关系着学生对专业课程的学习，还影响着当今社会对技术型和创新型人才培养的需求。课程教学改革是推动教学不断进步的主题。本文在课堂教学与实践教学等方面进行了相应改革。在保证原有完整的课程体系的前提下，本着"保证基础、减少冗余、回避繁琐、注重实际、力求先进、引导创新"的原则对"数字电子技术"课程内容作了相应的优化整合。
一、课堂理论教学改革
引人多媒体技术，将课堂教学带入一个全新的情境。在感受这种教学效果的过程中，我们发现，这种页面的播放其实并不生动。对于“电子技术”课程的教学，需要理论讲解的连续性和引导性，需要师生之间的思维交流，需要给学生思考和反应的时间和空间。于是我们尝试对课程进行设计，采用有机地结合多种教学手段，服务于课堂教学。基础知识宜采用传统的板书方式，板书教学最能集中学生精力的手段，因此，基础知识采用传统的板书方式。集成器件、电路分析等画图不方便，且画图费时，所以针对这部分内容采用多媒体课件以代替板书。
在课堂教学中，我们还把Multsim 或QuatusII 软件灵活得运用在电路分析和电路设计部分。这样既利用了软件进行仿真和电路设计，加深学生对知识的理解，同时也能让学生跟新技术接轨，提高电气、机电类专业学生的工程素质，有利于培养创新型人才。
二、实践实训教学改革
科学技术的发展越来越需求注重工程技能和创新能力的人才，近几年我们对“电子技术”课程的教学改革也越来越多地强调技术能力和创新能力的培养。因此在实践教学环节上要加大改革力度。
1、继续完善验证性实验和综合性实验项目
在实践性教学内容的选择上，既有一定量的验证性实验，同时也应该有适量的综合性、设计性实验，两者缺一不可。
验证性实验是训练学生基本实验技能的途径，目的是让学生了解基本实验理论，熟悉和了解实验仪器的使用，掌握常用元器件的逻辑功能和使用方法，是理论教学的深化和补充。因此，验证性实验必不可少。
综合性实验的目标是培养学生运用理论知识和工程观念分析问题和解决问题的能力，设计性实验目标是培养学生在工程设计、制作和组织管理等方面的创新能力。
所以，我们在教学中，根据企业需求和学生自身情况，要不断完善实验性实验和综合性、设计性实验的项目内容。
2、完善和改革实验课程结构层次
（1）虽然在电子技术中开设了验证性和综合性、设计性实验，但是由于不同的学生在提高自身动手能力、创新能力方面的方向不同。所以根据循序渐进的原则，首先由实验教师提出基本的设计要求，列出实验室所有的集成块目录，由学生自行确定设计方案，选择电子器件，并结合电子技术实训课程的内容，完成从设计到制作焊接电路的全部过程。这样，既训练了学生用所学电子知识解决实际问题的能力，为学生以后设计电路打下了良好的基础。
（2）开设电子技术课程设计，深化实验教学成果。为了使学生把学到的知识应用到实际，我们在学生学习完电子技术课程后，用两周的时间开展电子技术课程设计。实验室在课程设计期间对学生开放，学生根据设计的基本要求自主选题，课程设计的题目本着"实用、适量、适度"的原则进行选取。然后查阅资料，自己设计、焊接并调试线路。通过对电子电路的设计、焊接与调试，提高了学生的实际动手能力，锻炼了学生将理论知识转化为实际应用的能力，培养学生的创新精神。
（3）结合电子设计大赛，开设实验选修课。实验选修课的教师由科研能力强、工程素质高的教师担任，鼓励和组织感兴趣且在验证性实验和综合、设计性实验中发现的优秀人才参加实验选修课。教师布置的课题任务。学生全程参与从电路的设计、元器件的选购、电路板的制作、电路的调试等整个设计过程。实验选修课的开设培养锻炼学生独立完成系统设计的能力，提高学生的工程实践能力和创新能力。同时我们可以从中挑选优秀的学生参加全国、全省大学生电子设计大赛。
三、结束语
为了培养应用型复合人才的目标，我们对电子技术理论、实践性教学内容与教学环节进行了一系列改革。通过实践证明，改革取得了较好的效果。但是，我们还需要进一步结合电子技术的发展，在开设实验内容的选定以及综合性、设计性实验项目等方面进行思考。此外，还需要继续探讨如何将实验和实训有机结合起来，更充分利用现有的校内外实训基地。
参考文献
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微电子电路分析与设计范文3
关键词：射频集成电路；低噪声放大器；增益自适应;CMOS
中图分类号：TN722.3 文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2008)11-056-04オ
Research on the Monolithic Circuit Design of High-frequency LNA with AGC
SUN Yu，CHEN Huajun,WU Suntao,GUO Donghui
(Xiamen University,Xiamen,361005,China)
オ
Abstract：High-frequency Low-Noise Amplifier (LNA) is one of the key devices about wireless communication equipment.As wireless communication equipment in particular the use of mobile communication equipment environmental conditions,often require LNA having the function of gain adaptive,in order to ensure the stability of signal reception.This paper is intended to design a high-frequency adaptive gain control of LNA monolithic integrated circuits.This paper used TSMC-0.18 μm RF-CMOS device model and gain adaptive CMOS amplifier circuit are given with process parameters in a gain of 0~17 dB,the noise suppression than 0.2 dB ,applying to the DCS1800 phones.
Keywords：RF-IC； low noise amplifier；adaptive gain control;CMOS
1 引 言
作为无线通讯系统中的关键器件模块，低噪声放大器(LNA)是把从天线接收来的信号进行低噪声放大的电路模块。由于从天线接收来的信号强度变化大，噪声干扰大，所以低噪声放大器电路往往需要具有增益自适应变化控制功能，且保持有噪声抑制功能。对此，许多射频LNA的设计采用双模设计的模式，即当输入信号较小时，调高LNA的增益，而当输入信号较大时，则适当调低LNA的增益，以满足后续电路的高线性度处理要求[1]。但这种双模式LNA电路设计的增益变化并非连续可调，不能保证足够的线性度要求，因此增益连续可调的LNA电路设计已成为近年来的研究热点[2-4]。
目前增益连续可调的LNA电路设计一般是采用外加控制电路来实现输入偏置的调整，以达到LAN增益的自适应变化控制的目的，但它往往不能保证低噪声的性能。本文则采用设计了一款自适应反馈输出阻抗控制的LNA电路，其独立于混频器等后续电路，可连续控制增益自适应，不影响原有LNA的低噪声系数的最佳性能。优化设计出一款最大增益为17 dB、噪声抑制比为0.2 dB的适用于DCS1800手机中的增益自适应LAN芯片电路。
2 增益自适应LAN电路原理
射频系统前端使用的低噪声放大器一般可以采用MOS器件源极串联电感反馈匹配共源电路来设计[5-8]。它是利用源简并电感来实现输入阻抗匹配，可得到较好信号放大和噪声抑制功能。图1是该低噪声放大器的基本电路原理图。
图1 源简并电感型共源低噪声放大器
其中，Vs是射频信号源，Rs是信号源内阻，Ls是源简并电感，Lg是栅极电感。为了保证MOS管M1构成电路达到输入匹配的要求，Ls和Lg的取值[5,8]可分别设计为：
И
Ls=RsωT(1)
Lg=1ω20Cgs－Ls
(2)
И
其中，Е鬲0是工作频率，Cgs是MOS管M1的栅源寄生电容,Е鬲T是MOS管M1的特征频率，可表示[9]为Е鬲T=3μ(Vgs－Vt)2L2,式中L是MOS管M1的栅长，μ是迁移率，Vgs,Vt分别是MOS管M1的栅源电压和阈值电压。为了保证低功耗，LNA最佳噪声性能的MOS管M1栅宽可设计为[6] ：
因此，通常情况下自适应增益放大器是通过调整Vgs来实现的。
但是，Vgs的调整通常是通过输入直流偏置来实现的，不可避免会影响已优化低噪声的输入匹配设计，为此，我们设计如图2的自适应增益低噪声放大器电路结构，它是通过调整可变输出阻抗Zout来实现Av的自适应控制的。即当从天线接收到的信号RFin减弱时，经前置放大后的输出信号电平Vout减弱，二极管峰值包络检波器提取电平Vav及经低通滤波后得到电平V1均减弱的，这样通过与基准电平Vref比较放大来控制可变输出阻抗Mo，也就使输出阻抗Zout增大达到自适应增益LNA的增益Av增大的目的。
图2 自适应增益LAN的电路原理框图
显然，图2所给的自适应增益电路可能存在不稳定问[CM(21*2]题，为了分析该电路的稳定性，可以把该电路看成双端输[CM)]
入输出网络，即可采用微波理论S参数进行分析。要保证该自适应电路的稳定性，其电路参数须满足按下面不等式 ［11]，即：
稳定因子:
И
K=1－S112－S222+S11*S22－S21*S1222S21S12
>1(5)
И
且中间因子:
其中，S11为反映输入端阻抗匹配的输入端反射系数，S21为反映反向隔离性能的从输出端传输到输入端的反向增益S12(亦称反向传输系数)，S21为正向增益,S22反映输出端阻抗匹配的输出端反射系数S22。И
3 CMOS集成电路设计
要设计单片集成的图2自适应增益LAN电路，可以采用标准CMOS工艺器件来设计。考虑到MOS器件在集成电路中的其他因素如温度变化、衬底噪声等共模参数的影响，该电路中的各放大电路均采用差分输入放大电路来实现。而差分LNA的差模交流小信号输入相当于差分放大器电路的其中一端接地[8，12，13]，因此，差分LNA电路的主要参数Ls，Lg，Wopt设置方法与单端LNA电路设计类似。
如图3所示，我们给出可单片集成的自适应增益LNA电路，其中Ms1，Ms2是共源级主放大管,共栅管Mg1，Mg2用以减少Ms1，Ms2的米勒电容的影响。Ms1，Ms2的源极反馈电感Ls1，Ls2与栅极电感Lg1，Lg2共同组成了输入匹配网络，Cout1,Cout2,Lout1,Lout2构成输出网络，两者均谐振于工作频率。M11,M12为偏置管，它们与R6,R7,R8,R9,C5,C6构成偏置电路。该偏置电路对由电流增益及热漂移引起的电流变化都构成稳定的负反馈[15]。经前置放大后的输入载波信号能被隔直峰值检测电路检测，检测出的反映载波信号平均峰值电平的V1经比较放大器与基准比较电平Vref相比较放大，产生可变输出阻抗控制电平Vc来调节可变输出阻抗Zout，达到增益自适应的目的。
图3 自适应增益单片CMOS集成LNA电路图
针对于DCS1800双频段手机[16]用的自适应增益LNA电路设计，要求电路性能满足：噪声系数为1.5~2.5 dB，最大增益为15~20 dB，功耗电流小于8 mA，带宽为75 MHz(1 805~1 880 MHz)。采用TSMC-0.18 μm CMOS工艺的RF-CMOS器件模型，所设计电路的各器件参数如表1所示。
表1 电路图中各电子器件参数
表1中所列器件，对于MOS管选用TSMC 0.18 μm RF-CMOS PDK中的rfnmos2v,rfpmos2v做参数化单元版图，并设置单元版图具有保护环、虚拟哑多晶硅单元、N型深阱等特殊版图工艺，同时使其满足参数化版图的所谓“硬约束”选项，增加了版图面积，但避免了各种非理想因素的干扰。其中，尺寸最大的1 000 μm的MOS管版图面积为62.36 μm×50.31 μm。对于电容选用TSMC-0.18 μm RF-CMOS PDK中的专门为RF电容器件定制的mimcapshield做参数化单元版图，电路图中数值最大的29 pf电容的版图面积为245.15 μm×196.11 μm。对于电感选用标准片上电感indstd做参数化单元版图，11.5 nH的电感版图约为383.36 μm×376.54 μm。对于电阻选用精度最高的多晶硅电阻，5 MΩ的大电阻选用高电阻率的rphripolyrf做参数化单元版图时面积约为20.19 μm×8.22 μm。最终，此芯片电路可在2 mm×2 mm的版图面积内完成版图设计。
4 仿真结果分析
为了验证电路设计的性能参数，采用ADS电路仿真软件[17]进行仿真。仿真时调用了TSMC 0.18 μm CMOS RF BSIM3 tt模型，所得的仿真结果如下：
(1) 输入阻抗匹配性能：在1.8 GHz工作频率下，如图4所示，反射系数S11＝－49 dB，说明输入阻抗回路的匹配性能良好。
图4 当Ls=280 pH,Lg=11.5 nH时
输入阻抗匹配的仿真结果
(2) 增益、反向隔离性能：在1.8 GHz工作频率时，如图5,图6所示，电路增益S21=17 dB，反向传输系数S12＝－45 dB，说明该电路有较好的隔离输入与输出的功能，满足DCS1800的设计要求。
图5 增益S21随频率的变化关系
图6 反向传输系数S12随频率的变化关系
(3) 电路稳定性能：图7,图8是LNA的稳定因子K、中间因子Δ随频率变化的关系。根据微波理论，当稳定因子K>1且中间因子Δ
图7中，K始终大于1，Δ始终小于1，这说明LNA在所设计的频域内始终稳定。
お
图7 稳定因子K随频率的变化关系
(4) 噪声系数NF：在1.8 GHz工作频率时，如图9所示，噪声系数为0.2 dB，达到DCS1800所需的设计指标要求。
图8 中间因子Δ随频率的变化关系
图9 1.8 GHz时LNA的噪声系数NF＝0.2 dB
(5) 带宽范围：如图10所示，从1 805~1 880 MHz，约为75 MHz(图标m1,m3所指为-3 dB带宽频率点，图标m2所指为中心频率点)，符合设计指标要求，有较好的抑制带外信号的功能。
图10 LNA带宽
(6) 功耗电流：在工作电压1.8 V下，功耗电流为7.84 mA，满足设计指标要求。
(7) 增益控制变化范围：从0~17 dB，具有设计所要求的AGC控制功能。当输入信号强度为－30 dBm时，增益为17 dB(图标m1所示)，如图11所示。当输入信号强度大于－30 dBm时，增益控制模块开始自动增益控制，当输入信号强度达到－10 dBm，增益为0 dB(图标m1所示)，如图12所示。
お
图11 输入信号强度为－30 dBm时的最大增益
图12 输入信号强度为－10 dBm时的最小增益
5 结 语
本文设计了一款新颖的适用于DCS1800手机RF部分的增益自适应LNA电路，其特点是使用自身输出信号实现反馈控制，不需要外来信号，且几乎不影响LNA的噪声系数、输入匹配等关键指标。
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